曹 青，趙小會(huì)

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系 大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069;2.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710065;3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安710021)

油氣在圈閉中富集成藏的過(guò)程中，蓋層的封蓋能力是重要的控藏因素之一。早在1984年，Downey即對(duì)蓋層封閉性進(jìn)行了評(píng)價(jià)和總結(jié)，認(rèn)為油氣藏的有效蓋層是厚度大、側(cè)向連續(xù)性好、排替壓力高的塑性巖石。泥巖蓋層的封蓋能力隨著沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分組成的變化而發(fā)生顯著的變化。厚度大、顆粒細(xì)、塑性強(qiáng)、蒙脫石等粘土礦物成分含量高、富含灰質(zhì)、富含瀝青及分散有機(jī)質(zhì)、具有平行微層理，是提高泥質(zhì)巖封閉性的主要因素(周雁等，2012)。天然氣勘探實(shí)踐表明，蓋層作為天然氣藏的重要組成部分，不僅控制著天然氣在空間上的分布，而且控制著天然氣富集的數(shù)量(呂延防等，2005)。

泥質(zhì)巖蓋層封蓋質(zhì)量的好壞主要反映在宏觀展布面積、厚度和微觀封閉能力的強(qiáng)弱兩個(gè)方面。反映泥質(zhì)巖蓋層微觀封閉能力的最直接參數(shù)是排替壓力，而宏觀展布面積的大小則主要受厚度的制約。本次研究將厚度與排替壓力作為評(píng)價(jià)蓋層質(zhì)量的主要參數(shù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地新資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明其天然氣總資源量為1.52 ×1013m3，其中致密氣資源量為 1.04 ×1013m3，約占天然氣總資源量的68%;目前已發(fā)現(xiàn)蘇里格、烏審旗、大牛地、神木等4個(gè)探明儲(chǔ)量超過(guò)千億立方米的致密氣田(楊華等，2012)。勘探實(shí)踐及大量實(shí)驗(yàn)分析表明，鄂爾多斯盆地上古生界砂巖氣藏主要為致密砂巖氣藏，東部地區(qū)氣藏主要分布于下二疊統(tǒng)山西組。由于鄂爾多斯盆地是中國(guó)大陸最穩(wěn)定的陸塊之一，盆地構(gòu)造簡(jiǎn)單，除邊緣斷裂、褶皺構(gòu)造較發(fā)育外，盆地內(nèi)部總體為一簡(jiǎn)單的西傾單斜，褶皺、斷裂不發(fā)育(何自新，2003;趙靖舟，2012)。而且自晚侏羅世—早白堊世上古生界烴源巖大量生氣以來(lái)，盆地主體一直保持構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定。雖然早白堊世末以后經(jīng)歷了較強(qiáng)烈的構(gòu)造抬升，造成中生界遭到不同程度的剝蝕。盆地內(nèi)部最強(qiáng)烈的剝蝕作用也僅造成上三疊統(tǒng)頂部及其以上地層缺失，上古生界地層則基本上未受到剝蝕影響，因此早白堊世末以來(lái)的抬升剝蝕作用并未對(duì)上古生界氣藏造成顯著的破壞(趙靖舟，2012)。鄂爾多斯盆地上古生界蓋層條件優(yōu)越，尤其是位于主力氣層之上的上石盒子組發(fā)育一套厚達(dá)80～110 m的湖相泥巖沉積，分布穩(wěn)定，且未受到早白堊世末盆地抬升剝蝕作用的明顯破壞，因而是鄂爾多斯盆地上古生界最好的區(qū)域性蓋層。

2 泥巖蓋層宏觀展布特征

2.1 泥巖蓋層的巖性特征

泥巖的封蓋性能取決于它的可塑性和膨脹性，就其泥巖巖性而言高含伊利石的泥巖封蓋性相對(duì)好于綠泥石為主的泥巖。研究區(qū)上古生界蓋層的主要巖性是泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r，以泥巖為主。泥質(zhì)蓋層中的粘土礦物以高嶺石和伊利石為主，并含較多的蒙脫石和伊利石～蒙脫石。蒙脫石和伊利石含量平面上由北往南增高，因此泥巖蓋層質(zhì)量由北往南變好。

2.2 泥巖蓋層的成巖特征

眾多研究者都認(rèn)為，泥巖蓋層的封堵效果隨埋深增大;但超過(guò)一定埋藏深度后泥巖蓋層其封閉性明顯變差。張樹林和田世澄(1993)認(rèn)為，埋藏深度在1 500～3 500 m時(shí)，泥巖蓋層的封蓋狀態(tài)最佳;周文等(1994)認(rèn)為泥巖埋深超過(guò)1 500 m時(shí)，隨著成巖作用增強(qiáng)泥巖的封蓋能力降低;付廣和姜振學(xué)(1994)認(rèn)為，泥巖埋深大于3500 m時(shí)，隨著成巖作用增強(qiáng)泥巖的封蓋能力降低

榆林地區(qū)山西組現(xiàn)今埋深整體小于3 000 m，古埋深最大約4 000 m;Ro介于1.0～1.5之間，有機(jī)質(zhì)熱演化程度中等，成巖作用達(dá)到中成巖A期。綜合分析認(rèn)為榆林地區(qū)山西組泥巖蓋層的封蓋效果較好。

2.3 泥巖蓋層的厚度特征

戴金星等(2003)認(rèn)為厚度是影響蓋層本身封蓋天然氣能力的主要參數(shù)之一，它不僅影響著蓋層空間展布范圍的大小，而且還在一定程度上影響著蓋層封閉的質(zhì)量。呂延防等(2005)對(duì)中國(guó)大中型氣田儲(chǔ)量豐度及其蓋層厚度的研究發(fā)現(xiàn)，兩者呈正相關(guān)性，表明厚度是影響中國(guó)大中型氣田封蓋條件優(yōu)劣的重要因素。蓋層厚度及其連續(xù)性是確定區(qū)域性蓋層、局部蓋層和封閉隔層的主要依據(jù)，也是蓋層綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵因素。厚度越大，分布面積也越大，蓋層封閉能力一般越強(qiáng)。

鄂爾多斯盆地榆林地區(qū)上石盒子組泥巖累計(jì)厚度均值為38.7 m。下石盒子組泥巖累積厚度均值為48.8 m，其中盒7段泥巖累積厚度均值13.3 m，盒8段泥巖累積厚度均值17.2 m。三套泥巖蓋層為區(qū)域蓋層，在盆地內(nèi)大面積連續(xù)展布。

山西組泥巖累積厚度介于5～65 m之間，平均累計(jì)厚度為32.7 m。山1段泥巖累積厚度主體介于10～30 m之間，均值13.4 m;山2段泥巖累積厚度主體介于10～20 m之間，均值12.1 m。山1段泥巖累計(jì)厚度在研究區(qū)中部陜205-陜118-陜215井區(qū)一帶整體大于20 m(圖1)，山2段泥巖累計(jì)厚度在研究區(qū)東部鎮(zhèn)北臺(tái)-響水-殿市一帶整體大于15 m(圖 2)。

圖1 榆林地區(qū)山1段泥巖累計(jì)厚度等值線圖

圖2 榆林地區(qū)山2段泥巖累計(jì)厚度等值線圖

將山西組泥巖累計(jì)厚度與山2段產(chǎn)氣井平面分布對(duì)比可知，山2段產(chǎn)氣井分布位置與山1段泥巖累計(jì)厚度顯示一定相關(guān)性，即產(chǎn)氣井主要分布在山1段累計(jì)泥巖較厚的地區(qū)，同時(shí)山1段泥巖累計(jì)較厚區(qū)域內(nèi)產(chǎn)氣井日產(chǎn)量多大于2萬(wàn)方，由此可見山1段泥巖對(duì)榆林氣田的保存起到重要作用(圖3)。

圖3 榆林地區(qū)山1段泥巖厚度與山2段產(chǎn)氣井個(gè)數(shù)直方圖

3 泥巖蓋層微觀封閉特征

排替壓力是指巖石中潤(rùn)濕相流體被非潤(rùn)濕相流體驅(qū)替所需要的最小壓力，在數(shù)值上近似等于巖石中最大連通孔隙的毛細(xì)管壓力。地下游離相油氣通過(guò)蓋層孔隙喉道運(yùn)移，必然受到蓋層與儲(chǔ)集層之間排替壓力差的阻擋，只有天然氣的能量大于其蓋層與儲(chǔ)集層之間的排替壓力差時(shí)，天然氣才能驅(qū)替蓋層孔隙中的水而進(jìn)行運(yùn)移。由于儲(chǔ)集層巖石的排替壓力太小，與蓋巖排替壓力相比可忽略不計(jì)。郝石生等(1991，1995)、呂延防等(1996)研究后認(rèn)為蓋層與儲(chǔ)層之間的排替壓力封堵油氣滲漏穿透蓋層，而形成這種毛細(xì)管壓差的根本原因是蓋層巖石和儲(chǔ)層巖石之間存在明顯的物性差異。

因此蓋巖排替壓力是評(píng)價(jià)蓋層物性封閉能力最直接、最根本的參數(shù)，蓋巖排替壓力越大，物性封閉能力越強(qiáng)，反之則越弱(付廣，1997)。

李明瑞等(2006)對(duì)鄂爾多斯盆地東部上古生界突破壓力與聲波時(shí)差的關(guān)系進(jìn)行研究，并提出計(jì)算公式:

計(jì)算結(jié)果顯示(表1)，泥巖實(shí)測(cè)排替壓力與計(jì)算結(jié)果吻合較好，可通過(guò)泥巖聲波時(shí)差數(shù)值計(jì)算數(shù)值來(lái)分析評(píng)價(jià)鄂爾多斯盆地上古生界泥巖排替壓力。通過(guò)上述方法計(jì)算榆林地區(qū)山西組泥巖排替壓力，結(jié)果顯示榆林地區(qū)山2段泥巖排替壓力主體介于8～12 MPa之間，具有較強(qiáng)的封堵效果。山2段泥巖排替壓力平面上整體呈北東西南向條帶狀分布(圖4)，其數(shù)值介于7～14 MPa之間。榆林—響水一帶突破壓力相對(duì)較低，整體小于8 MPa;榆林—橫山一線以北區(qū)域內(nèi)突破壓力逐漸增大，具有較高的毛細(xì)管封閉能力，有利于保存山西組內(nèi)天然氣藏，一定程度上阻止天然氣垂向向上運(yùn)移。

表1 研究區(qū)部分計(jì)算排替壓力與實(shí)測(cè)排替壓力對(duì)比表

圖4 榆林地區(qū)山西組泥巖排替壓力等值線圖

4 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

通過(guò)對(duì)研究區(qū)山西組泥質(zhì)巖蓋層的宏觀特征和微觀特征的綜合分析，可以看出山西組內(nèi)的泥質(zhì)巖顯示較好的封閉能力，對(duì)下部的氣藏可起到局部封閉作用。雖然在向北逐漸減薄，但在榆林氣田內(nèi)山西組泥巖能起到局部蓋層的封堵作用。

鄂爾多斯盆地上古生界天然氣藏的區(qū)域蓋層為上石盒子組，但山西組泥巖蓋層的分布對(duì)山2段內(nèi)產(chǎn)氣井的分布也起到一定封堵效果，對(duì)榆林氣田的保存起到重要作用。

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